[发明专利]一种有机材料、BDI系统及用于水体金属离子的去除

说明书

本发明提供了一种有机材料、BDI系统及用于水体金属离子的去除，所述金属离子去除有机材料的制备方法包括：将醌类单体和硫化物置于溶剂中反应，得到所述有机材料；该有机材料为具有氧化还原官能团的有机聚合物材料，由于其非刚性的结构，不受非离子选择的限制，在不同的金属离子体系中均可发生可逆的电化学氧化还原反应，并能够与溶液中的金属离子配位形成配合物从而达到去除金属离子的目的；将该有机材料用于电化学电池离子去除(BDI)系统中，能够有效除去水体中的金属离子，且具有较高的去除容量，并能够循环使用；该BDI系统可广泛应用于海水淡化、污废水金属离子去除等领域，从而具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及一种有机材料、BDI系统及用于水体金属离子的去除，尤其涉及一种有机材料及其制备方法、包括有机材料的BDI系统以及在水体金属离子去除中的应用；更进一步涉及一种有机聚合物材料、电极浆料、电极片以及电化学金属离子去除系统在海水和污废水金属离子去除系统中的应用。

背景技术

水是人类赖以生存的基本物质，随着我国经济的高速发展，淡水资源紧缺和重金属水污染问题逐渐凸显。通过合适的技术方法对海水和重金属污水进行离子去除，可以有效地解决淡水资源紧缺和重金属水污染问题，加快我国的生态文明建设和人民生活品质的提高。海水淡化需要去除海水中的钠离子、镁离子、钾离子和钙离子等金属离子。水体重金属污染则主要来自于电镀业、机械加工、矿山开采、有色金属冶炼等，主要包含铬离子、钴离子、镍离子、铜离子、锌离子、砷离子、铅离子、镉离子、汞离子等。目前的海水淡化技术(电渗析、反渗透、蒸馏等)以及重金属污水处理技术(吸附、共沉淀、生物吸收等)在成本、能耗、有无二次污染、金属离子去除多样性等方面存在不足。

电化学金属离子去除技术因具有低能耗、高容量、电子无二次污染，可循环等优势，在电容式和体相法拉第电化学金属离子去除方面具有良好的应用前景。然而，1966年报道的双电层电容式离子去除电化学法，由于电极材料比表面积和孔道结构的限制，存在着金属离子去除容量低的问题。2012年提出的电池式离子去除技术(BDI)基于法拉第电化学反应的体相反应，具有金属离子去除容量高的优点。但是目前适用此类技术的无机材料具有离子去除单一性问题，仅仅适用去除钠离子。

因此，提供一种能够同时去除多种金属离子，且去除容量高的电化学金属离子去除系统，对于污废水、海水淡化、饮用水等的金属离子去除具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术的金属离子去除容量低和去除离子单一性的不足，本发明的目的在于提供一种有机材料、BDI系统及用于水体金属离子的去除，该有机材料为具有氧化还原官能团的有机聚合物材料，由于其非刚性的结构，不受非离子选择的限制，在不同的金属离子体系中均可发生可逆的电化学氧化还原反应，并能够与溶液中的金属离子配位形成配合物从而达到去除金属离子的目的；将该有机材料用于电化学金属离子去除系统中，能够有效除去水源中的多种金属离子，且具有较高的去除容量，并能够循环使用，所述BDI系统主要包括金属离子去除用聚合物工作电极和阴离子去除用对电极，所述BDI系统可广泛应用于海水淡化、污废水金属离子去除等领域，从而具有广阔的应用前景。

本发明的目的之一在于提供一种水体金属离子去除用聚合物活性材料的制备方法，所述有机材料的制备方法包括：将醌类单体和硫化物置于溶剂中反应，得到所述有机材料。

本发明中有机材料的制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于实现，便于工业大规模的生产应用。

在本发明中，所述醌类单体包括被氨基和/或卤素取代的萘醌、菲醌、蒽醌或苯醌中的任意一种或至少两种的组合。

在本发明中，所述醌类单体包括2,6-二氨基醌、2,4-二氯蒽醌、1,5-二氯蒽醌、四氯苯醌或二氯氢醌中的任意一种或至少两种的组合。

在本发明中，所述硫化物包括硫化锂和/或硫化钠。